Im Zeitalter der Industrie 4.0 ist die Fertigung auf verschiedene Technologien angewiesen, um effizient und nahtlos zu funktionieren. Dies wird als intelligente Fertigung bezeichnet. Es ist auch eine Frage der Notwendigkeit, dass Unternehmen Technologien wie digitale Zwillinge, künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen und mehr integrieren, um in einer wettbewerbsorientierten Branche nicht den Anschluss zu verlieren. In diesem Artikel schauen wir uns an, was digitale Zwillinge sind, wie sie verwendet werden und warum sie heute und in Zukunft so wichtig sind. Laut Fortune Business Insights wird der globale Markt für digitale Zwillinge von 17,73 Mrd. US-Dollar im Jahr 2024 auf 259,32 Mrd. US-Dollar im Jahr 2032 steigen, das entspricht einer sehr hohen durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 39,8 %.
Was ist ein digitaler Zwilling?
Ein digitaler Zwilling ist ein sehr detailliertes virtuelles Modell, das ein physisches Objekt, System oder einen Prozess widerspiegelt. Durch die Verwendung von Sensordaten physischer Gegenstände sind digitale Zwillinge in der Lage, die Dynamik, die Umstände und die Leistung der realen Welt in einem virtuellen Raum nachzubilden, das ist vor allem in Bereichen, wie der Fertigung, der Stadtplanung und dem Gesundheitswesen, wichtig.
Der ständige Datenfluss zwischen der realen und der virtuellen Welt ermöglicht die Überwachung, Analyse und Simulation in Echtzeit. Dadurch können fundierte Entscheidungen getroffen, künftige Ereignisse prognostiziert, Prozesse optimiert und die Effizienz insgesamt verbessert werden. Da digitale Zwillinge ein umfassendes und realistisches Bild ihres physischen Gegenstücks vermitteln, können Szenario-Tests ohne die Kosten oder Risiken von Experimenten in der realen Welt durchgeführt werden.
Architektur des digitalen Zwillings
Die Architektur eines digitalen Zwillings kann man sich als integriertes System vorstellen, das aus drei Schichten besteht:
- Datenschicht: Dies bezieht sich auf die Infrastruktur zur Erfassung, Speicherung und Verwaltung von Daten sowie auf Datenquellen wie Sensoren und IoT-Geräte.
- Modellschicht: Hier wird das virtuelle Modell des Produkts gespeichert. Sie repliziert und prognostiziert das Verhalten des physischen Produkts anhand von Informationen aus der Datenschicht.
- Dienstschicht: In der Dienstschicht interagiert der Nutzer über die Benutzeroberfläche und die Anwendungen mit dem digitalen Zwilling. Hier findet die Datenanalyse statt, und es werden Erkenntnisse präsentiert.
Wie wird ein digitaler Zwilling in der Fertigung eingesetzt?
In der Fertigung dient ein digitaler Zwilling als virtuelle Nachbildung einer Produktionslinie, einer Maschine oder eines Produkts. Er simuliert reale Situationen in einer virtuellen Umgebung durch die Integration von Daten aus Sensoren, historischen Leistungsaufzeichnungen und anderen Quellen. Digitale Zwillinge werden von Herstellern eingesetzt, um Systeme in Echtzeit zu verfolgen, künftige Leistungen zu prognostizieren und eventuelle Probleme frühzeitig zu erkennen. Diese proaktive Wartungsstrategie erhöht die Langlebigkeit der Geräte und verringert die Ausfallzeiten.
Digitale Zwillinge sind auch für die industrielle Prozessoptimierung unerlässlich. Durch die Modellierung verschiedener Produktionsszenarien können Unternehmen die Folgen von Änderungen an Layout, Material oder Ausrüstung abschätzen, ohne den laufenden Betrieb zu stören. Diese Kapazität senkt nicht nur die Kosten und steigert die Effizienz, sondern hilft auch bei der Schaffung neuer Güter. Durch virtuelle Tests und die Verfeinerung des Designs können die Ingenieure den Bedarf an realen Prototypen drastisch reduzieren und so die Markteinführung beschleunigen.
6 Wege, wie digitale Zwillinge die Fertigung im Jahr 2024 revolutionieren
Digitale Zwillinge werden für die Hersteller immer wichtiger und verändern und verbessern die Branche in vielerlei Hinsicht, z. B. durch die Förderung von Effizienz und Innovation, die Rationalisierung von Prozessen, Kostensenkungen und Nachhaltigkeit. Im Folgenden finden Sie sechs Möglichkeiten, wie die Industrie von digitalen Zwillingen profitieren kann:
- Vorausschauende Wartung: Digitale Zwillinge ermöglichen es den Herstellern, die Abnutzung von Maschinen und Anlagen genau vorherzusagen und die Wartung nur dann einzuplanen, wenn sie unbedingt notwendig ist. Diese Wartungsstrategie spart viel Geld und steigert die Produktionseffizienz, indem sie ungeplante Ausfallzeiten minimiert, die Maschinenleistung maximiert und die Lebensdauer der Anlagen verlängert. Neben digitalen Zwillingen ist die vorausschauende Wartung auch auf künstliche Intelligenz angewiesen.
- Echtzeitüberwachung: Durch die Erstellung virtueller Nachbildungen von Fertigungsanlagen und -prozessen ermöglichen digitale Zwillinge die Überwachung und Steuerung in Echtzeit. Dadurch können Anomalien schnell erkannt, die Auswirkungen von Änderungen bewertet und die notwendigen Änderungen vorgenommen werden, um Spitzenleistungen zu garantieren und den Ausschuss zu verringern.
- Verbessertes Produktdesign und -entwicklung: Bevor physische Prototypen hergestellt werden, ermöglichen digitale Zwillinge die gründliche Prüfung und Analyse neuer Konzepte in einer virtuellen Umgebung und revolutionieren so den Prozess der Produktentwicklung. Das erleichtert die Erforschung komplizierterer und nachhaltigerer Designlösungen und beschleunigt gleichzeitig den Innovationsprozess und senkt die Entwicklungskosten.
- Optimierung der Lieferkette: In diesem Jahr werden digitale Zwillinge über die Produktion hinaus auf die gesamte Lieferkette ausgedehnt und bieten einen ganzheitlichen Überblick über Lieferantennetzwerke, Lagerbestände und Logistik. Dank dieses umfassenden Einblicks können Hersteller Unterbrechungen besser prognostizieren, Prozesse optimieren und schnell auf Marktanforderungen reagieren. Das erhöht die Widerstandsfähigkeit und Effizienz der Lieferkette.
- Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit: Digitale Zwillinge tragen zur Förderung umweltfreundlicherer Fertigungsmethoden bei, da sie eine genauere Kontrolle der Produktionsverfahren und des Ressourcenverbrauchs ermöglichen. Sie unterstützen die Abfallreduzierung, die Einhaltung von Umweltgesetzen und die Ermittlung von Energieeinsparpotenzialen, was zu umweltfreundlicheren und sozialverträglicheren Produktionsverfahren führt.
- Individuelle Anpassung und Personalisierung in grossem Massstab: Digitale Zwillinge unterstützen die Hersteller bei der raschen Anpassung von Fertigungsmethoden und Konfigurationen an individuelle Kundenwünsche, ohne dass dies zulasten der Effizienz oder der Kosten geht. Das ermöglicht die Massenanpassung von Produkten. Diese Funktion hilft den Herstellern, die Kundenbedürfnisse zu erfüllen, und unterstützt den Trend zu personalisierten Produkten, was ihnen einen Wettbewerbsvorteil verschafft.
Die Einführung von digitalen Zwillingen
Bevor Sie die digitalen Zwillinge einführen, sollten Sie sich überlegen, was Sie mit ihnen erreichen möchten. Sollen sie Anlagen- oder Produktdesign verbessern, die betriebliche Effizienz steigern oder einfach nur Ausfallzeiten reduzieren? Dann müssen Sie die geeigneten Technologien und Geräte auswählen und die Sensoren, IoT-Geräte und RFID-Etiketten an den physischen Vermögenswerten installieren, um eine kontinuierliche Überwachung zu ermöglichen und Cloud-Plattformen für die Datenspeicherung einführen.
Der nächste Schritt ist die Auswahl der Software, mit der Sie Ihre digitale Version des physischen Objekts entwerfen. Es gibt viele CAD-Softwaremodelle (Computer-Aided Design) wie Autodesk und die von Siemens, die bei der Entwicklung und Erstellung digitaler Zwillinge unterstützen. Dank der digitalen Simulation realer Bedingungen und Verhaltensweisen können digitale Zwillinge zur Simulation von Szenarien, zur Analyse der Leistung physischer Anlagen und zur Prognose künftiger Ergebnisse verwendet werden. Diese Erkenntnisse können dann genutzt werden, um die betriebliche Effizienz zu verbessern und die Kosten zu senken, ohne dass Versuche mit physischen Produkten oder Maschinen durchgeführt werden müssen.
Fazit
Die Einführung und Anwendung digitaler Zwillinge in der Fertigung bedeutet einen Paradigmenwechsel bei der Innovation, Wartung und Produktion. Digitale Zwillinge, ein Schlüsselelement der Industrie 4.0, sind mehr als nur eine technische Entwicklung. Sie stehen für einen grundlegenden Wandel hin zu einer robusteren, nachhaltigeren und effizienteren Produktion. Da sie eine vorausschauende Wartung, Echtzeitüberwachung und eine gründliche Modellierung ermöglichen, können die Kosten und Ausfallzeiten erheblich gesenkt und gleichzeitig die Betriebseffizienz verbessert werden, ohne den täglichen Betrieb zu unterbrechen. Digitale Zwillinge treiben auch die Innovation in der Produktanpassung und im Design voran und ermöglichen es den Herstellern, sich präzise und schnell an die sich ständig ändernden Bedürfnisse des Marktes anzupassen.
